Жоғары хромды шойын Cr15, Cr20 және Cr26 құюдағы әртүрлі элементтердің рөлі

Жоғары хромды шойын (HCCI) тозуға төзімділігінің, коррозияға төзімділігінің және жоғары температураға төзімділігінің арқасында тау-кен өндірісі, цемент, металлургия және электр энергиясын өндіру сияқты салаларда кеңінен қолданылады. Жалпы маркалардың ішінде Cr15, Cr20 және Cr26 ең көп таралған болып табылады, олардың өнімділігі көбінесе қорытпа элементтерінің құрамы мен үлесімен анықталады. Бұл мақалада әрбір элементтің құю процесіндегі, микроқұрылымның қалыптасуындағы және Cr15, Cr20 және Cr26 қызмет көрсетуіндегі рөлі жүйелі түрде түсіндіріледі. жоғары хромды шойын, құю процесін жобалау және материалды таңдау бойынша практикалық нұсқаулық береді.

1. Көміртек (C): Тозуға төзімділікті анықтайтын негізгі элемент

Көміртек жоғары хромды шойынның ең маңызды элементі болып табылады, оның жалпы мөлшері Cr15, Cr2.0 және Cr26 үшін 20%–3.3% аралығында (негізінен үш сорт арасында бірдей). Оның негізгі рөлі материалдың тозуға төзімділігінің негізгі көзі болып табылатын қатты карбидтерді қалыптастыру болып табылады.

Cr15 құрамында хром көп шойынның құрамында көміртегі мөлшері әдетте 2.4%-3.0% құрайды, нәтижесінде карбидтің көлемдік үлесі шамамен 25%-30% құрайды. Cr20 үшін көміртегі мөлшері 2.3%-3.1% аралығында болады, оның құрамында карбидтер 30%-35% құрайды. Көміртегі мөлшері 2.2%-3.0% болатын Cr26 құрамында хром мөлшерінің жоғары болуына байланысты карбидтің көлемдік үлесі ең жоғары (35%-40%).

Көміртектің әсер ету заңы айқын: көміртек мөлшері артқан сайын карбидтер саны артады, бұл материалдың қаттылығы мен тозуға төзімділігін айтарлықтай жақсартады. Дегенмен, көміртек мөлшері 3.3%-дан асқан кезде, бұл торлы немесе ірі карбидтердің пайда болуына әкеледі, бұл шойынның беріктігін күрт төмендетеді және оны сынғыштыққа бейім етеді. Көміртекті хроммен сәйкестендіру өте маңызды: негізгі карбид түрінің M₇C₃ (сынғыш M₃C орнына) болуын қамтамасыз ету үшін Cr/C қатынасы 4-тен жоғары болуы керек (әсіресе Cr26 үшін Cr/C қатынасы 7-ден жоғары болуы керек), осылайша тозуға төзімділік пен беріктікті теңестіреді.

2. Хром (Cr): негізгі элементтің саралау дәрежесі

Хром - жоғары хромды шойынның анықтаушы элементі, және оның құрамы Cr15, Cr20 және Cr26 маркаларын тікелей ажыратады. Оның негізгі функцияларына карбид түрі мен мөлшерін анықтау, коррозияға төзімділікті жақсарту және жоғары температуралық тұрақтылықты арттыру кіреді.

Cr15 жоғары хромды шойынның құрамында 11%–18% хром бар. Ол негізінен аз мөлшерде M₂₃C₆ бар M₇C₃ карбидтерін түзеді, бұл орташа тозуға және коррозияға төзімділікті қамтамасыз етеді, бірақ жоғары хром маркаларымен салыстырғанда жақсы беріктікке ие. Cr20 (18%–23% хром) құрамында M₇C₃ карбидтерінің үлесі жоғары және тұрақтырақ, бұл Cr15-ке қарағанда тозуға және коррозияға төзімділікті айтарлықтай жақсартады, бұл өнімділік пен құн арасындағы оңтайлы тепе-теңдікке қол жеткізеді.

Cr26 жоғары хромды шойын (23%–30% хром) құрамында M₇C₃ карбидтерінің ең жоғары көлемдік үлесі бар (≥35%), бұл оны жоғары кернеуге төзімділік, коррозияға төзімділік және жоғары температураға тотығуға төзімділік жағынан жоғары етеді. Дегенмен, хром мөлшері 25%-дан асқан кезде, ол M₆C және M₂₃C₆ сияқты сынғыш фазалардың пайда болуына бейім, бұл беріктікті төмендетеді және құю қиындығын арттырады.

Хромның үш маркасының барлығында ортақ ерекшелігі - ол матрицада еріп, Cr₂O₃ пассивті пленкасын түзеді, бұл материалдың коррозияға және тотығуға төзімділігін тиімді түрде жақсартады.

3. Кремний (Si): тотықсыздандыру және тазарту үшін көмекші элемент

Кремний жоғары хромды шойынға қосалқы элемент ретінде қосылады, оның құрамындағы үш марканың барлығы үшін (Cr15, Cr20, Cr26) қатаң бақыланатын мөлшері ≤1.2% құрайды. Оның негізгі рөлі келесідей:

• Тотықсыздандыру: Кремний құю процесінде хром, марганец және басқа да легирлеуші ​​элементтердің тотығу шығынын тиімді түрде азайта алады, бұл қорытпа құрамының тұрақтылығын қамтамасыз етеді.
• Карбидті тазарту: Қатаю кезінде қатты-сұйық екі фазалы аймақты азайтады, карбидтерді ұсақ және дисперсті етеді, осылайша микроқұрылымның біркелкілігін жақсартады.
• Қатты ерітіндіні нығайту: Кремний матрицада ериді, бұл материалдың беріктігі мен серпімділік шегін жақсартады.

Айта кету керек, кремний мөлшері 2%-дан асқан кезде графит тұнбасына бейім, бұл шойынның қаттылығы мен тозуға төзімділігін айтарлықтай төмендетеді. Сондықтан құю кезінде кремний мөлшерін (≤1.2%) қатаң бақылау өте маңызды.

4. Марганец (Mn): Қатқылдануды және микроқұрылымның біркелкілігін жақсарту

Марганец әдетте Cr15, Cr2.0 және Cr26 жоғары хромды шойын үшін 0.5%–1.0% (максимум ≤20%) диапазонында қосылады. Оның негізгі функцияларына мыналар кіреді:

• Аустенитті тұрақтандыру және Ms нүктесін төмендету, бұл перлиттің түзілуін азайтады және материалдың беріктендіруін жақсартады.
• Қатты ерітіндіні нығайту және дендритті тазарту, микроқұрылымды біркелкі ету және жалпы өнімділікті жақсарту.
• Термиялық өңдеу кезінде екінші реттік карбидтердің тұнбаға түсуін ынталандыру, материалдың қаттылығы мен тозуға төзімділігін одан әрі жақсарту.

Марганецтің шамадан тыс мөлшері (1.5%-дан астам) аустениттің шамадан тыс мөлшерде сақталуына әкеледі, бұл құйылған бөлшектердің тұрақсыз қаттылығына және өлшемдерінің өзгеруіне әкеледі. Сондықтан марганец мөлшерін тиісті бақылау өте маңызды.

5. Молибден (Мо): Қаттылық пен беріктікті арттырады

Молибден - жоғары хромды шойындарды нығайту және қатайту үшін маңызды легирлеуші ​​элемент, оның жалпы мөлшері Cr1.5 және Cr20 үшін 0.5%–15%, ал Cr26 үшін 1.0%–2.0% құрайды. Оның негізгі рөлдері:

• Қаттылықты айтарлықтай жақсартады, тіпті үлкен қималы құйылған бөлшектердің де толық қималы мартенсит немесе бейнит құрылымын алуын қамтамасыз етеді, жұмсақ перлиттің пайда болуына жол бермейді.
• Дәндерді тазарту және желілік карбидтердің пайда болуын тежеу, осылайша материалдың беріктігі мен жарықшақтарға төзімділігін арттыру.
• Қатты ерітінді мен тұнбаны нығайтуға қол жеткізу, матрицаның қаттылығын HRC 50-60 дейін арттыру, бұл карбидтерді тиімді түрде қолдайды және қызмет көрсету кезінде карбидтің шашырауын азайтады.
• Жоғары температурадағы тұрақтылықты жақсарту, температураның жұмсаруына төзімділікті және қызыл қаттылықты (500-600℃ температурада) арттыру, материалды жоғары температуралы жұмыс жағдайларына жарамды ету.

Cr26 жоғары хромды шойын үшін молибденнің жоғары мөлшері (1.0%–2.0%) хромның жоғары мөлшерінен туындаған қатаю мен беріктіктің төмендеуін өтеу үшін қолданылады.

6. Никель (Ni): Аустенитті тұрақтандыру және беріктікті жақсарту

Никель әдетте Cr1.5 және Cr20 үшін 0.5%–15%, ал Cr26 үшін 0.8%–1.8% аралығында қосылады. Оның негізгі функциялары:

• Күшті аустенит тұрақтандырғышы ретінде әрекет етеді, γ-фаза аймағын кеңейтеді, қатаюды жақсартады және перлиттің түзілуін тежейді.
• Төмен температурадағы беріктікті жақсарту және суық сынғыштықтың ауысу температурасын төмендету, материалды төмен температуралы жұмыс орталарына жарамды ету.
• Молибденмен синергия: молибден қатаюды жақсартады, ал никель аустенитті тұрақтандырады, нәтижесінде қалың және ірі құйылған бөлшектер үшін біркелкі құрылым мен жоғары беріктік пайда болады.

Никельдің шамадан тыс мөлшері аустениттің шамадан тыс мөлшерде сақталуына әкеледі, бұл материалдың қаттылығының төмендеуіне әкеледі. Сондықтан никельдің мөлшерін тиісті диапазонда бақылау керек.

7. Мыс (Cu): қосымша күшейту және коррозияға төзімділік

Мыс - жоғары хромды шойындағы ≤2.0% құрамы бар қосалқы легирлеуші ​​элемент. Оның негізгі рөлдері:

• Қатты ерітінді матрицаны нығайтады, материалдың беріктігі мен қаттылығын жақсартады.
• Аустенитті тұрақтандыру және қатаюды жақсартуға көмектесу (никельге қарағанда әлсіз).
• Әсіресе сұйылтылған қышқылдар мен атмосфералық коррозия орталарында коррозияға төзімділікті жақсарту.
• Материалдың өңдеу мүмкіндігін аздап жақсартады.

8. Күкірт (S) және фосфор (P): Қатаң бақыланатын зиянды элементтер

Күкірт пен фосфор құрамында хром көп шойын бар, сондықтан олардың құрамын қатаң бақылау қажет: Cr15, Cr20 және Cr26 үшін күкірт ≤0.06% және фосфор ≤0.10%.

Күкірт MnS сияқты баяу балқитын қоспаларды түзеді, бұл дән шекарасының морттығына, ыстық жарылуға және соққы беріктігінің төмендеуіне әкеледі. Фосфор құю ​​кезінде төмен температурадағы морттықты және суық жарылу үрдісін арттыратын Fe₃P сияқты морт қосылыстарды түзеді. Жоғары хромды шойынның құю сенімділігі мен қызмет көрсету өнімділігін қамтамасыз ету үшін күкірт пен фосфор мөлшерін қатаң бақылау қажет.

9. Cr15, Cr20 және Cr26 үшін элементтердің дизайнын салыстыру

10. Қорытынды және негізгі ойларды тұжырымдау

Cr15, Cr20 және Cr26 жоғары хромды шойынның өнімділігі әртүрлі легирлеуші ​​элементтердің өзара әрекеттесуімен бірге анықталады. Көміртек пен хром карбид мөлшерін, түрін және тозуға төзімділігін анықтайтын негізгі элементтер болып табылады: хром мөлшері неғұрлым жоғары болса, тозуға төзімділік соғұрлым жақсы болады, бірақ беріктігі соғұрлым төмен және құю қиындығы соғұрлым жоғары болады. Молибден мен никель негізгі беріктендіру-беріктендіру үйлесімін құрайды: молибден қатаюды және түйіршіктердің тазартылуын жақсартады, ал никель аустенитті тұрақтандырады және беріктікті арттырады.

Графиттің тұнбаға түсуіне және аустениттің шамадан тыс сақталуына жол бермеу үшін кремний мен марганецті төмен деңгейде бақылау керек, бұл деоксидация мен беріктендіруді қамтамасыз етеді. Ыстық жарылуды, суық сынғыштықты және түйіршік шекарасының сынғыштығын болдырмау үшін күкірт пен фосфорды қатаң бақылау қажет. Материалды таңдау тұрғысынан: Cr15 жақсы беріктігімен тиімді, жалпы тозуға төзімді бөлшектерге жарамды; Cr20 тозуға төзімділік пен беріктік арасындағы ең жақсы тепе-теңдікке қол жеткізеді, негізгі жалпы сорт ретінде қызмет етеді; Cr26 тозуға төзімділіктің, коррозияға төзімділіктің және жоғары температуралық өнімділіктің жоғары деңгейін ұсынады, бірақ жоғары сынғыштық, құю қиындығы және құны есебінен.

Қорытпа құрамын ақылға қонымды түрде жобалау және құю процесін оңтайландыру арқылы Cr15, Cr20 және Cr26 жоғары хромды шойынның өнімділік әлеуетін толық пайдалануға болады, бұл әртүрлі өнеркәсіптік жұмыс жағдайларының талаптарына сай келеді.